本文關(guān)鍵詞：圓筒沖刷測(cè)試儀的率定及啟動(dòng)流速和沖刷速率實(shí)驗(yàn)方法初探

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【摘要】：土石料的沖刷是土石壩潰決,水工建筑物破壞,河岸遷移的主要原因。測(cè)定土石料的沖刷特性具有十分重要的科學(xué)和工程價(jià)值。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土石料的沖刷特性進(jìn)行了大量研究。但土石料的沖刷包含了水流運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性和土石料性質(zhì)的隨機(jī)性,很難建立理論公式進(jìn)行求解,所以目前的理論研究成果還未被采用,實(shí)際工程中多采用基于實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)公式。這些公式大都只針對(duì)特定場(chǎng)地的土樣,計(jì)算誤差較大,且適用范圍很窄。要建立更為準(zhǔn)確的沖刷本構(gòu)模型,就必須對(duì)不同類型的土進(jìn)行大量的沖刷實(shí)驗(yàn)。為了研究土石料的沖刷特性,并避開(kāi)傳統(tǒng)沖刷實(shí)驗(yàn)設(shè)備流速轉(zhuǎn)換效率低和測(cè)試級(jí)配范圍窄的問(wèn)題,中國(guó)水利水電科學(xué)研究院巖土所研制了大型圓筒沖刷設(shè)備(Erosion Testing Cylinder(ETC))。由于圓筒沖刷設(shè)備初步加工完成,存在一些需要完善的地方,包括葉輪驅(qū)動(dòng)造成的流速分布未知,泥沙過(guò)濾效率低和實(shí)驗(yàn)過(guò)程無(wú)法觀察等,還不能進(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)。另外圓筒與主流的四種沖刷實(shí)驗(yàn)設(shè)備差別較大,不能直接套用其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)方法。為了能在圓筒沖刷儀中進(jìn)行沖刷實(shí)驗(yàn),必須先對(duì)新制儀器進(jìn)行升級(jí),然后根據(jù)儀器特點(diǎn)設(shè)計(jì)專門(mén)的沖刷實(shí)驗(yàn)方法。在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目:堰塞體漫頂潰決模式的離心模擬及數(shù)值模擬研究(51309260)和梯級(jí)水庫(kù)群大壩潰決機(jī)制與災(zāi)害鏈效應(yīng)(2013CB036402)的支持下,本文闡述了土石料沖刷的基本理論,總結(jié)了四種主流的沖刷設(shè)備的特點(diǎn)和三種儀器剪應(yīng)力計(jì)算方法,回顧了無(wú)粘性土啟動(dòng)流速實(shí)驗(yàn)和粘性土沖刷速率實(shí)驗(yàn)的研究成果。在此基礎(chǔ)上,對(duì)初步加工完成的儀器進(jìn)行升級(jí),包括在圓筒底部增設(shè)濾沙網(wǎng)以改善過(guò)濾效率,采用直讀式流速儀對(duì)不同轉(zhuǎn)速下圓筒內(nèi)的流速進(jìn)行率定。之后結(jié)合圓筒沖刷儀的特點(diǎn),初步設(shè)計(jì)出無(wú)粘性土啟動(dòng)流速實(shí)驗(yàn)和土料的沖刷速率測(cè)定實(shí)驗(yàn)的方法。然后建立圓筒剪應(yīng)力的計(jì)算模型來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和已有成果的對(duì)比分析來(lái)確定剪應(yīng)力計(jì)算模型的參數(shù)。最后采用以上的實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行無(wú)粘性土的啟動(dòng)流速實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果能很好的反應(yīng)試樣土的抗沖性能,證明了實(shí)驗(yàn)方法的適用性。此外,本文還結(jié)合沖刷實(shí)驗(yàn)中觀察到的沖刷過(guò)程對(duì)沖刷的指數(shù)模型和雙曲線模型進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果表明兩種模型可能是對(duì)同一沖刷過(guò)程不同階段的描述。
【關(guān)鍵詞】：圓筒沖刷儀 啟動(dòng)流速 沖刷速率 剪應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TV41
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章緒論8-32
• 1.1 選題的意義及目的8-9
• 1.2 土石料沖刷特性實(shí)驗(yàn)的研究進(jìn)展9-31
• 1.2.1 沖刷實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方法9-15
• 1.2.2 沖刷實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)15-19
• 1.2.3 實(shí)驗(yàn)采用的剪應(yīng)力計(jì)算方法19-20
• 1.2.4 無(wú)粘性土啟動(dòng)流速的研究20-24
• 1.2.5 粘性土的沖刷速率24-29
• 1.2.6 沖刷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的工程運(yùn)用29-31
• 1.3 本文的主要內(nèi)容31-32
• 第2章圓筒沖刷測(cè)試儀的特點(diǎn)分析和率定32-54
• 2.1 設(shè)備簡(jiǎn)介32-37
• 2.1.1 整體結(jié)構(gòu)及原理32-33
• 2.1.2 動(dòng)力系統(tǒng)33-34
• 2.1.3 沖刷系統(tǒng)34-35
• 2.1.4 循環(huán)系統(tǒng)35-36
• 2.1.5 控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)36-37
• 2.2 儀器的功能及特點(diǎn)37-39
• 2.3 儀器中需要完善的功能39-42
• 2.3.1 流速不分布較復(fù)雜39-40
• 2.3.2 泥沙過(guò)濾效率低40-42
• 2.3.3 試樣升降的速度不足42
• 2.4 泥沙過(guò)濾處理42-44
• 2.5 圓筒內(nèi)水流的流速率定44-54
• 2.5.1 圓筒的流速率定方法44-45
• 2.5.2 流速儀的改造45-47
• 2.5.3 率定結(jié)果47-54
• 第3章啟動(dòng)流速和沖刷速率實(shí)驗(yàn)方法研究54-60
• 3.1 無(wú)粘性土啟動(dòng)流速實(shí)驗(yàn)54-56
• 3.2 沖刷速率測(cè)定實(shí)驗(yàn)56-59
• 3.3 本章小結(jié)59-60
• 第4章儀器剪應(yīng)力計(jì)算60-79
• 4.1 剪應(yīng)力計(jì)算的必要性60-62
• 4.2 剪應(yīng)力計(jì)算模型62-65
• 4.2.1 圓筒計(jì)算界面的簡(jiǎn)化62-63
• 4.2.2 計(jì)算方法的選取63-65
• 4.3 剪應(yīng)力計(jì)算模型參數(shù)的確定65-78
• 4.3.1 參照性實(shí)驗(yàn)66-69
• 4.3.2 計(jì)算參數(shù)的確定69-78
• 4.4 本章小結(jié)78-79
• 第5章實(shí)驗(yàn)方法運(yùn)用與結(jié)果分析79-87
• 5.1 唐家山試樣的啟動(dòng)流速測(cè)定79-81
• 5.2 易貢料的沖刷速率結(jié)果分析81-87
• 第6章結(jié)論與展望87-89
• 6.1 結(jié)論87
• 6.2 展望87-89
• 致謝89-90
• 參考文獻(xiàn)90-92

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